MÁQUINAS ELECTRICAS DE C.C y C.A.. ELECTROMECANICA UNIDAD 4 Generadores de Corriente Continua. Partes de una maquina eléctrica de corriente continua.

Transcripción

1 Página19 UNIDAD 4 Generadores de Corriente Continua. Introducción En la actualidad, la generación de C.C. se realiza mediante pilas y acumuladores o se obtiene de la conversión de C.A. a C.C. mediante los puentes rectificadores. El uso de la dinamo para la producción de energía de forma de C.C. se estuvo utilizando hasta la llegada de los alternadores, que con el tiempo la han dejado totalmente desplazada. Hoy en día únicamente se utilizan las dinamos para aplicaciones específicas, como por ejemplo, para medir la velocidad de rotación de un eje (tacodinamos), y que la tensión que presentan en los bornes de salida es proporcional a la velocidad de la misma. Partes de una maquina eléctrica de corriente continua. Se puede decir que una dinamo es una maquina eléctrica rotativa que produce energía eléctrica en forma de corriente continua aprovechando el fenómeno de inducción electromagnética. Esta máquina consta fundamentalmente de un electroimán encargado de crear un campo magnético fijo conocido por el nombre inductor, y un cilindro donde se enrollan bobinas de cobre, que se hacen girar a una cierta velocidad cortando el flujo inductor, que se conoce como inducido. Constitución de una dinamo Las partes fundamentales de una dinamo son el inductor, el inducido y el colector. Inductor El inductor es fijo y se sitúa en el estator (parte estática o sin movimiento de la maquina). Está formado por un electroimán de dos polos magnéticos en las maquinas o de varios polo multipolares.

2 Página20 Inductor de una dinamo. El bobinado y las piezas polares de hierro dulce del electroimán rodeados por una carcasa o culata de fundición o de acero moldeado que sirve de soporte a la máquina y permite el cierre del circuito magnético. Inducido El inducido es móvil y se sitúa el rotor (parte que se mueve en sentido giratorio de la maquina). Está compuesto de un núcleo magnético en forma de cilindro y construido por chapas magnéticos apiladas, con el fin de evitar las perdidas por histéresis y corrientes parasitas, donde se bobinan las espiras con conductores de cobre esmaltados, tal como se muestra en la figura. El núcleo de chapas dispone de una serie de ranuras donde se alojan los bobinados del inducido. Inducido de una dinamo. El núcleo queda fijado a un eje, cuyos extremos se deslizan apoyados en cojinetes fijos a la carcasa. De esta forma el inducido se sustenta entre las piezas polares del inductor, pudiendo ser impulsado en un movimiento de rotación rápido. Colector En el eje del inducido se fija el colector de delgas formas por láminas de cobre electrolítico con el fin de poderle conectar los diferentes circuitos del inducido. Las delgas se aíslan del eje y entre sí por hojas de mica. Colector de delgas. La corriente se recoge en el colector con la ayuda de dos o varios contactos deslizantes de grafito o de carbón puro, llamados escobillas.

3 Página21 Escobillas. Cada escobilla se monta en una porta escobillas, que asegura la presión de la misma contra el colector mediante muelles. De las escobillas parten los conductores que se conectan a la placa de bornes de la dinamo, de donde se conectaran al circuito exterior. Dada la fricción a la que se somete a las escobillas, se produce un desgaste progresivo de las mismas que limita su vida útil, teniendo que reponerlas cada ciertos periodos de tiempo. Porta escobillas. Excitación de los Inductores El campo magnético necesario para que una dinamo pueda funcionar se puede producir de dos formas claramente diferenciadas: mediante un imán permanente o electroimanes alimentados por corriente continua. Dado que los imanes permanentes producen un campo magnético no muy intenso y constante (sin posibilidad de regulación) su uso se hace interesante para pequeñas dinamos como, por ejemplo, dinamos taquimétricas, magnetos, etc. Cuando se desea la obtención de un campo magnético de excitación elevado y con posibilidad de regulación se recurre a bobinas inductoras que rodean las piezas POLARES y que son alimentados por una corriente continua. Dependiendo de cómo se obtenga la energía eléctrica necesaria para alimentar el circuito inductor de una dinamo y como se conecten surgen diferentes tipos de excitación. Dinamos de excitación independiente. Dinamos autoexcitadas. 4.1 Generadores con excitación independiente La corriente de excitación con la que se alimenta a las bobinas inductoras se proporciona mediante una fuente de energía exterior de C.C., como por ejemplo una batería de acumuladores o una fuente de alimentación. Los terminales A y B se corresponden con los del circuito del inducido y los terminales K e I con los del devanado del inductor.

4 Página22 Esquema de conexiones de dinamo con excitación independiente. En la siguiente figura se muestra la característica en carga de una dinamo con excitación independiente para una velocidad determinada y constante. Aquí se puede comprobar que la tensión que proporciona la dinamo a la carga disminuye al aumentar la intensidad de carga. Esto se debe fundamentalmente a la que la caída de tensión que se produce en la resistencia interna del inducido aumenta proporcionalmente a la intensidad. Características en carga de una Dinamo con Excitación Independiente. En la característica de la figura se han incluido dos curvas; se puede comprobar que al disminuir la corriente de excitación del inductor se consigue reducir también la tensión de salida de la dinamo. La dinamo de excitación independiente posee el inconveniente de que necesita de una fuente de alimentación de C.C. para la alimentación del inductor; sin embargo la independencia entre la corriente de excitación y la tensión en bornes del inducido la hacen interesante para ciertas aplicaciones. 4.2 Dinamos autoexcitadas En la práctica resulta más interesante conseguir que el propio generador produzca la energía necesaria para la alimentación del circuito inductor. Esto presenta un problema, que es como conseguimos que la dinamo comience a producir f.e.m. si inicialmente no existe campo magnético en el inductor. Este problema se solventa fácilmente gracias al pequeño magnetismo remanente que poseen los núcleos magnéticos de las piezas polares. Efectivamente, cuando un material magnético es sometido a una imanación, aunque retiremos la causa imanadora, dicho material siempre queda algo magnetizado, dependiendo de la intensidad del magnetismo remanente del material utilizado. De esta forma, si conectamos el circuito del inducido con el del inductor, por ejemplo, en paralelo con el inductor, al girar el inducido a su velocidad nominal, los conductores del mismo cortan el débil campo magnético debido al magnetismo remanente, produciéndose una pequeña f.e.m., pero suficiente para alimentar con una pequeña corriente al circuito inductor. Esto, a su vez,

5 Página23 produce aumento en del flujo magnético inductor, que hace que aumente la f.e.m. en el inducido, produciéndose un ciclo repetido de aumentos de la f.e.m. y de fl ujo inductor hasta que se alcanza la f.e.m. nominal. Según como se conecte el devanado inductor respecto al inducido surgen tres tipos de dinamos autoexcitadas: dinamo con excitación en derivación, dinamo con excitación en serie y dinamo excitación compound. 4.2 Dinamos con excitación en derivación Aquí se conecta el devanado inductor en paralelo con el inducido, tal como se muestra de la figura. Para producir el flujo magnético necesario se montan bobinas inductoras con un gran número de espiras, ya que la corriente de excitación que se alcanza con este montaje es pequeña, siendo reducida la sección de los conductores. Esquema de conexiones de una Dinamo con excitación en derivación. En el esquema eléctrico de la figura se ha incluido un reóstato de regul ación de campo conectado en serie con el devanado inductor. Al modificar la resistencia de este reóstato conseguimos variar la corriente de excitación y con ella el flujo magnético inductor, consiguiendo así tener un control efectivo sobre la tensión de salida el generador. En la figura se muestra la curva característica de una dinamo en derivación o shunt en carga. Aquí se puede observar que la tensión que proporciona el generador a la carga se reduce más drásticamente con los aumentos de la corriente de carga que en la dinamo con excitación independiente. Esto es debido a al aumentar la caída de tensión en el inducido con la carga, se produce una disminución de la tensión en bornes, que provoca, a su vez, una reducción de la corriente de excitación. Esto hace que la f.e.m. inducida se vea reducida, pudiéndose llegar a perder la excitación total de la dinamo para corrientes de carga muy elevadas. Curva característica en carga de una dinamo derivación.

6 MÁQUINAS ELECTRICAS DE C.C y C.A ELECTROMECANICA Dinamos con excitación en serie En est e caso se conecta el devanado inductor en seri e con el inducido, de tal forma que toda la corriente que generador suministra a la carga fluye por igual por ambos devanados. Esquema de conexiones de una Dinamo con excitación en serie. Dado que la corriente atraviesa al devanado inductor es elevada, es necesario construirlos con pocas espiras y una gran sección en los conductores. El inconveniente fundamentalmente de est e tipo de generador es que cuando trabaja en vacío (sin conectar ningún receptor exterior), al ser la corriente nula, no se excita. Además, cuando aumenta mucho la corriente de carga, también lo hace el flujo inductor por lo que la tensión en bornes de la dinamo se eleva, tal como se muestra en la curva característica de la carga de la figura. Curva característica en carga de una dinamo serie. Esto hace que este generador sea muy inestable en su funcio namiento y, por lo tanto, poco útil para la generación de energía eléctrica. 4.3 Dinamos con excitación compound. En la excitación mista o compound se divide un circuito inductor en dos partes independi entes, conectando una en serie son el inducido y otra e derivación, tal como se muestra en esquema Página 24 de la figura. Doc.: Alvaro Cabezas Torrez 2014

7 Página25 Esquema de conexiones de una Dinamo con excitación compound. Gracias a la combinación de los efectos serie y derivación en la excitación de la dinamo se consigue que la tensión que suministra el generador a la carga sea mucho más estable para cualquier régimen de carga, tal como se muestra en la curva característica en carga de la figura. Curva característica en carga de una dinamo compound. La gran estabilidad conseguida en la tensión por las dinamos con excitación compound hacen que esta sea en la práctica la más utilizada para la generación de energía.